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有机电致变色材料具有成本低、可溶液加工、高对比度、快速响应以及颜色丰富等特点,可以广泛应用于显示、智能窗、光存储、成像、热控和伪装等领域。其中共轭聚合物和过渡金属配合物电致变色材料可以通过结构的调整和修饰达到宽光谱响应、可见-近红外电致变色的要求。目前,绝大多数共轭聚合物/过渡金属配合物电致变色材料性能难以达到实际应用的要求,对于材料性质与结构之间的关系缺乏系统的指导性理论,因此,本论文结合有机电致变色材料发展的现状,设计并利用化学或电化学方法合成了多种聚合物和配合物,并研究了分子结构变化对材料电致变色性能的影响,主要内容如下: (1)以吡咯并吡咯二酮(DPP)为受体,噻吩(T)为给体,用化学偶联的方法合成了一系列窄带隙共轭聚合物P1~P4。增加给体和受体的比例Rda,可以得到吸收光谱逐渐蓝移的聚合物,这些聚合物有明显的可见-近红外电致变色性能。光对比度(ΔT)与变色效率(CE)与噻吩含量相关,当Rda值升高时,聚合物光对比度在各自的最大吸收峰值(λmax)以及近红外光区(1310nm)都有明显的提高,而在近红外区的提高比在λmax处程度大,比如P2(Rda=3∶1)的CE高达1383cm2/C,P4的ΔT高达81.5%。转换时间同样受Rda影响,P3(Rda=3.5∶1)从掺杂态转换为中性态只需1.24s,比其他聚合物平均少4s。在施加氧化电位的过程中,聚合物由中性态的绿色或蓝绿色变为浅灰色。 (2)以吡咯并吡咯二酮(DPP)、苯并噻二唑(BTZ)为受体,噻吩(T)为给体,调整DPP和BTZ的比例,用Suzuki偶联的方法合成了一系列D-A型窄带隙共轭聚合物。研究了聚合物的吸收、电化学以及电致变色特性。该类聚合物具有可见-近红外电致变色性能,在近红外区具有高的光对比度(ΔT~50-60%)和变色效率(CE~300-600cm2/C),增加BTZ比例有助于电致变色性能的提高,并可以提高聚合物材料的电致变色稳定性。 (3)以吲哚修饰的三苯胺(V-1)和EDOT为共聚单体,用电化学聚合的方法合成了一系列电致变色聚合物薄膜,沉积在ITO电极上。研究了材料的电化学性质、聚合行为、聚合物薄膜的微观结构和电致变色器件(ECDs)的性能。调整EDOT单体的含量,对聚合行为和聚合物的电致变色性能有显著影响。加入EDOT后,可以改善V-1单独进行电化学聚合时,难以获得较厚薄膜的问题,并丰富了聚合物薄膜电致变色吸收光谱,不舍EDOT的PV-1薄膜在氧化电位下在480nm和720nm出现新的吸收峰,含有EDOT的PV-1-EDOTs薄膜在氧化态可以实现可见光区全吸收-近红外光区强吸收的性质;EDOT的引入也降低了聚合物薄膜的光对比度和记忆时间。以聚合物薄膜和WO3为活性层制备的双层ECDs具有良好的稳定性,PV-1型ECD可以在黄色(中性态)和青绿色(氧化态)之间可逆转换,PV-1-EDOTs型ECDs可以在棕色或偏蓝色(中性态)与黑褐色或蓝黑色(氧化态)之间可逆转换。 (4)设计并合成了一系列有机小分子双核或三核Ni-/Pd-硫代双烯配合物,研究了配合物的电化学、吸收和电致变色性能。这类材料由于金属与配体之间、金属与金属之间以及配体与配体之间存在多种电荷迁移,因此所有的金属-硫代双烯配合物均具有强近红外吸收,而包含两种配位金属的VI-5和VI-6在可见光区基本无吸收;在施加氧化电位的过程中,配合物表现出多种近红外吸收峰,因此,该类配合物可以在低电压下实现近红外多色变化,配合物VI-5和VI-6可以实现可见透明-近红外多色变化,并具有良好的电致变色稳定性,是一类非常有应用潜力的近红外电致变色材料。